Experiência 9 - Modulação e Demodulação Angular

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1.Introdução teórica

A modulação em freqüência consiste na variação da freqüência da portadora proporcionalmente ao sinal de informação.

Dado o sinal modulador t.cos.E)t(e mmm

O sinal FM possui a seguinte expressão: ]t.sen.tcos[.E)t(e mCC onde:

mm f

f

= índice de modulação em freqüência ou desvio máximo de fase.

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m, fm = freqüência do sinal moduladoc = freqüência da portadora sem modulação

A freqüência instantânea é dada por: )t(e.k)t( mCi

O parâmetro = K.Em, é denominado desvio de freqüência e corresponde ao valor máximo que pode ser acrescentado a c na constituição da freqüência instantânea. K é a constante do modulador.

A decomposição em série de Fourier do sinal modulado FM é representada pela expressão:

t)ncos().(J.E)t(en

mCnC

Onde Jn são as funções de Bessel de ordem n e dependem do valor de .A largura de faixa (B), mínima necessária para a transmissão do sinal FM é:

B = 2.n.fm

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Onde fm é a máxima freqüência do sinal modulador e n é o número de bandas laterais para cada lado da portadora.Limita-se a largura de faixa, fazendo-se n = +1, portanto:B = 2.( +1).fmComo o índice de modulação em freqüência é = /m = f/fmTem-se:

mm

f.1f

f.2B

)ff.(2B me

Parte Prática Parte 1: Modulação em freqüência e FaseObjetivo:Descrever a Modulação em Freqüência e um circuito Modulador FM.Descrever a Modulação em Fase e um circuito Modulador de Fase.Conhecer e utilizar os blocos: VCO-LO, Modulador de Fase, Detector de Quadratura

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Equipamento necessário:- Bastidor F.A.C.E.T.- Placa de Comunicações Analógicas- Osciloscópio duplo canal- Gerador de Sinais - Multímetro Digital

ProcedimentoModulação Angular inclui Modulação em Fase (PM) e Modulação em Freqüência (FM)

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A)Modulação em Freqüência (FM):

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Um sinal de FM é gerado com o bloco VCO-LO

Circuito VCO-LO

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1. Colocar um jumper no VCO-LO na posição 452kHz. Ajustar o potenciômetro de amplitude totalmente para o sentido horário.

2. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída OUT (FM) do VCO-LO.

3. Conectar o multímetro na escala de CC no ponto T (teste) do bloco VCO-LO

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4. Ajustar a fonte negativa para –4Vcc em T.

5. Conectar o canal 1 do Osciloscópio ao ponto T.

6. Medir a freqüência do sinal do canal 2, com o sincronismo pelo canal 2.

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7. Variar a tensão da fonte negativa e verificar a variação da freqüência do sinal do canal 2.

8. Medir o desvio de freqüência (f) da tensão de saída do VCO-LO para uma variação na tensão de entrada no ponto T, em 1Vcc (-4Vcc para -3Vcc).

9. Conectar o gerador de sinais com 2Vpp, 5kHz (fm), na entrada M do VCO-LO.

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10. Verificar a forma de onda da saída do VCO-LO no canal 2 do osciloscópio, com o sincronismo pelo canal 2.

11. Verificar a forma de onda da saída do VCO-LO no canal 2 do osciloscópio, com o sincronismo pelo canal 1. Atuar na escala de tempo do osciloscópio para visualizar o sinal modulador.

12. Calcular o índice de modulação ( = f/fm), onde f é o valor medido no ítem 8.

13. Calcular a largura de faixa necessária para esse sinal: B = 2.( + 1) . fm

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A)Modulação em Fase (PM):

Um sinal PM é gerado com o bloco Modulador de Fase

As entradas do Modulador são: Uma portadora de 452kHz e um sinal modulador de 5kHz

O ponto T, permite medir a tensão da fonte positiva de 0 a 10V.

O terminal entre o modulador e o limitador, permite monitorar o sinal PM , antes que seja limitado.

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Circuito do Modulador de Fase

Circuito limitador

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Efeito do limitador

14. Inserir um jumper no bloco VCO-LO, na posição 452kHz.

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15. Conectar a saída OUT (FM) do bloco VCO-LO no ponto C do Modulador de Fase.

16. Conectar o canal 1 do Osciloscópio, também ao ponto C do Modulador de Fase.

17. Ajustar a saída do bloco VCO-LO para um sinal de 600mVpp em C.

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18. Conectar o voltímetro na escala de CC, no ponto T do bloco VCO-LO.

19. Ajustar o botão da fonte negativa, para obter-se –1,0 V em T, o que ajustará a freqüência do VCO-LO para aproximadamente 405kHz.

20. Conectar o canal 2 do Osciloscópio ao terminal localizado entre o Modulador e o Limitador.

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21. Ajustar o botão da fonte positiva. Ajustar a variação de fase, de forma que o sinal de saída do Modulador (canal 2) esteja em fase com o sinal do VCO-LO (canal 1).

22. Enquanto observa o Osciloscópio, girar lentamente o botão da fonte positiva do bastidor para a direita e então para a esquerda. Variando a tensão da fonte positiva, simula-se uma mudança de amplitude do sinal modulador. O que pode-se observar ?

23. Ajustar a tensão da Fonte Positiva, de forma que os sinais dos canais 1 e 2, estejam em fase.

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24. Aplicar um sinal modulador de 3Vpp, 5kHz ao ponto M do modulador. Conectar o canal 1 do Osciloscópio em M.

25. Conectar o canal 2 do osciloscópio no terminal localizado entre o Modulador e o Limitador, com o sincronismo pelo canal 1. Verificar a forma de onda da saída. É possível obter o sincronismo do sinal ?

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26. Conectar o canal 1 do osciloscópio em C, com o sincronismo pelo canal 1. O canal 1 então, mostra a portadora não modulada e o canal 2 mostra o sinal modulado em fase.

27. Conectar o canal 1 do Osciloscópio na saída do limitador. Compare os sinais na entrada e na saída do limitador.

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Parte 2: Demodulação (Detector de Quadratura)

Objetivo:- Entender a demodulação de um sinal de FM.-Descrever a operação de um detector de quadratura.

Equipamento Necessário- Bastidor F.A.C.E.T. - Placa de Comunicações Analógicas - Osciloscópio duplo canal - Gerador de Sinais- Multímetro Digital

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Procedimentoa) Limitador e Deslocador de Fase

Detector de Quadratura, composto pelos circuitos: limitador, deslocador de fase e detector de fase.

Na saída do detector de fase obtém-se um sinal proporcional às variações de freqüência entre a portadora e o sinal modulado.

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Na saída do detector de fase obtém-se um sinal proporcional às variações de freqüência entre a portadora e o sinal modulado.

1.Inserir um jumper na posição 452 kHz do bloco VCO-LO.

2. Conectar a saída OUT (FM) do bloco VCO-LO na entrada FM do bloco Detector de Quadratura.

3. Conectar o canal 1 do Osciloscópio na entrada FM do Detector de Quadratura.

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4. Ajustar o sinal na portadora de FM para 500mVpp, através do potenciômetro do VCO-LO.

5. Verificar o sinal do canal 1. Deverá apresentar um sinal conforme a figura abaixo:

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6. Conectar o canal 2 do Osciloscópio na saída do Limitador / Deslocador de Fase do bloco Detector de Quadratura.

7. Ajustar a freqüência do sinal de FM, atuando no botão da fonte negativa, até a forma de onda do canal 2, ter amplitude máxima (freqüência igual à de ressonância do filtro LC)

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8. Qual é a diferença de Fase entre o sinal da portadora de FM não modulado no canal 1 e o sinal de saída do Limitador / Deslocador de Fase do canal 2 ?

9. Ajustar o botão da fonte negativa do bastidor para a direita e para a esquerda, com o objetivo de variar a freqüência do sinal de FM. Verificar os sinais de saída. Retornar a freqüência para o valor que dê a máxima amplitude na saída (canal 2).

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10. Enquanto observa o sinal de saída do Limitador / Deslocador de Fase (canal 2 do osciloscópio), variar a amplitude do sinal de entrada, através do potenciômetro do bloco VCO-LO

11. Quando o sinal de entrada for reduzido, o sinal de saída do Limitador / Deslocador de Fase (canal 2 do osciloscópio), se torna uma onda senoidal ou outro tipo de sinal ?

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b) Filtro e Detector de Fase

O sinal de FM original e o sinal de FM defasado de 90 do limitador ,são combinados no detector de fase. O detector de fase é um modulador balanceado.

12. Conectar o circuito e as pontas de prova do osciloscópio conforme figura abaixo:

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13. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída do detector de fase.

14. Qual é o sinal de saída do Detector de Fase no canal 2 ? A freqüência soma ou diferença ? Por que ?

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15. Qual é a componente diferença na saída do detector de Fase ?

16. Conectar o canal 1 do osciloscópio na entrada do limitador / deslocador de fase e conectar o canal 2 do Osciloscópio à entrada do Detector de Fase.

Se necessário, ajuste a freqüência de FM, atuando no botão da fonte negativa, de forma que a diferença de fase entre os sinais de entrada nos canais 1 e 2, seja 90.

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17. Conectar o multímetro na escala de CC na saída do Detector de Fase. Com uma diferença de fase de 90 entre os sinais de entrada, medir a tensão CC na saída do Detector de Fase.

18. Ajustar a diferença de fase entre os canais 1 e 2 para 135, conforme a figura abaixo, atuando no botão da fonte negativa. Com essa diferença de fase, medir a tensão CC na saída do Detector de Fase.

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19. Ajustar a diferença de fase entre os canais 1 e 2 para 45, conforme a figura abaixo, atuando no botão da fonte negativa. Com essa diferença de fase, medir a tensão CC na saída do Detector de Fase.

20. Montar a tabela abaixo, com as tensões medidas:

Diferença de fase entre os sinais de entrada

Tensão CC na saída do Detector de Fase

Diferença de tensão em relação à tensão à 90

135

90 0

45

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21. Ajustar a diferença de fase entre os canais 1 e 2 para 45, conforme a figura abaixo, de volta para 90, atuando no botão da fonte negativa.

22. Agora a portadora de FM será modulada com um sinal modulador de 3kHz. Conectar o Gerador de Sinais na entrada (M) do bloco VCO-LO.

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23. Conectar o canal 1 do Osciloscópio no ponto T do bloco VCO-LO. Sincronizar com o canal 1.

24. Ajustar o Gerador de sinais para 500mVpp no ponto T do bloco VCO-LO.

25. Conectar agora o canal 1 do Osciloscópio na entrada do Detector de Quadratura no ponto FM. Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída do Limitador / Deslocador de Fase. Sincronismo pelo canal 1.

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26. Comparar os sinais nas duas entradas do detector de fase. A fase do sinal no canal 2 está variando com relação ao sinal no canal 1 ?

27. Conectar o canal 1 do Osciloscópio na entrada M do bloco VCO-LO (sinal modulador). Conectar o canal 2 do osciloscópio na saída do detector de fase. Sincronizar com o canal 1. Observar as variações CC do sinal de saída no canal 2.

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28. Comparar o sinal modulador no canal 1 com as variações CC da saída de Detector de Fase no canal 2. Os sinais possuem a mesma freqüência ? O que você conclui ?

29. Conectar o canal 2 do Osciloscópio na saída do filtro, mantendo o sincronismo pelo canal 1.

30. O sinal recuperado no canal 2, varia com a amplitude e freqüência do sinal modulador no canal 1 ? Que sinal é esse ?

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